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1、工程光学(上)期末考试试卷工程光学(上)期末考试试卷一问答题:(共一问答题:(共 1212 分,每题分,每题 3 3 分)分)1摄影物镜的三个重要参数是什么?它们分别决定系统的什么性质?2为了保证测量精度,测量仪器一般采用什么光路?为什么?3显微物镜、望远物镜、照相物镜各应校正什么像差?为什么?4评价像质的方法主要有哪几种?各有什么优缺点?二图解法求像或判断成像方向二图解法求像或判断成像方向:(共(共 1818 分,每题分,每题 3 3 分)分)1求像 AB2求像 A B3求物 AB 经理想光学系统后所成的像,并注明系统像方的基点位置和焦距4判断光学系统的成像方向5求入瞳及对无穷远成像时50%
2、渐晕的视场6判断棱镜的成像方向ACBBAFHHF题 2-1 图题 2-2 图AF1BF2F1F2题 2-3 图yxz题 2-6 图yxz题 2-4 图物镜FF题 2-5 图三填空:(共三填空:(共 1010 分,每题分,每题 2 2 分分)1照明系统与成像系统之间的衔接关系为:_2转像系统分_和_两大类,其作用是:_3一学生带 500 度近视镜,则该近视镜的焦距为_,该学生裸眼所能看清的最远距离为_.4光通过光学系统时能量的损失主要有:_,_和_.5激光束聚焦要求用焦距较_的透镜,准直要用焦距较_的透镜。四计算题四计算题:(共(共 6060 分)分)x1一透镜焦距f 30mm,如在其前边放置一
3、个 6的开普勒望远镜,求组合后系统的像方基点位置和焦距,并画出光路图。(10 分)2已知r1 20mm,r2 20mm的双凸透镜,置于空气中。物 A 位于第一球面前50mm处,第二面镀反射膜。该物镜所成实像 B 位于第一球面前5mm,如图所示。若按薄透镜处理,求该透镜的折射率n。(20 分)13已知物镜焦距为500mm,相对孔径10,对无穷远物体成像时,由物镜第一面到像平面的距离为400mm,物镜最后一面到像平面的距离为300mm.(1)按薄透镜处理,求物镜的结构参数;(8 分)(2)若用该物镜构成开普勒望远镜,出瞳大小为2mm,求望远镜的视觉放大率;(4 分)(3)求目镜的焦距、放大率;(4
4、 分)(4)如果物镜的第一面为孔径光阑,求出瞳距;(6 分)(5)望远镜的分辨率;(2 分)(6)如果视度调节为折光度,目镜应能移动的距离。(2 分)(7)画出光路图。(4 分)工程光学(上)期末考试参考答案工程光学(上)期末考试参考答案一一简答题简答题:(共(共 1212 分分,每题每题 3 3 分分)1摄影物镜的三个重要参数是什么?它们分别决定系统的什么性质?答:摄影物镜的三个重要参数是:焦距f、相对孔径D/f 和视场角2.焦距影响成像的大小,相对孔径影响像面的照度和分辨率,视场角影响成像的范围。2为了保证测量精度,测量仪器一般采用什么光路?为什么?答:为了保证测量精度,测量仪器一般采用物
5、方远心光路。由于采用物方远心光路时,孔径光阑与物镜的像方焦平面重合,无论物体处于物方什么位置,它们的主光线是重合的,即轴外点成像光束的中心是相同的。这样,虽然调焦不准,也不会产生测量误差.3显微物镜、望远物镜、照相物镜各应校正什么像差?为什么?答:显微物镜和望远物镜应校正与孔径有关的像差,如:球差、正弦差等.照相物镜则应校正与孔径和视场有关的所有像差.因为显微和望远系统是大孔径、小视场系统,而照相系统则是一个大孔径、大视场系统。4评价像质的方法主要有哪几种?各有什么优缺点?答:评价像质的方法主要有瑞利(Reyleigh)判断法、中心点亮度法、分辨率法、点列图法和光学传递函数(OTF)法等 5
6、种。瑞利判断便于实际应用,但它有不够严密之处,只适用于小像差光学系统;中心点亮度法概念明确,但计算复杂,它也只适用于小像差光学系统;分辨率法十分便于使用,但由于受到照明条件、观察者等各种因素的影响,结果不够客观,而且它只适用于大像差系统;点列图法需要进行大量的光线光路计算;光学传递函数法是最客观、最全面的像质评价方法,既反映了衍射对系统的影响也反映了像差对系统的影响,既适用于大像差光学系统的评价也适用于小像差光学系统的评价。二二图解法求像或判断成像方向图解法求像或判断成像方向:(共(共 1818 分,每题分,每题 3 3 分)分)1求像 AB(图中 C 为球面反射镜的曲率中心)2求像 AB3求
7、物 AB 经理想光学系统后所成的像,并注明系统像方的基点位置和焦距4判断光学系统的成像方向5求入瞳及对无穷远成像时50%渐晕的视场6判断棱镜的成像方向题 2-1 图BAACBBAAFBHHF题 2-2 图题 2-3 图BF1F2F1F2fAAHFB入瞳x视场角 2zFF出瞳y题 2-5 图物镜xz题 2-4 图yyxzyzx题 2-6 图三三填空:(共填空:(共 1010 分,每题分,每题 2 2 分)分)1照明系统与成像系统之间的衔接关系为:_照明系统的拉赫不变量要大于成像系统的拉赫不变量_保证两个系统的光瞳衔接和成像关系_2转像系统分_棱镜式_和_透镜式_两大类,其作用是:_使物镜所成的倒
8、像转变为正像。3一学生带 500 度近视镜,则该近视镜的焦距为_-0。2 米_,该学生裸眼所能看清的最远距离为_眼前 0.2 米_。4光通过光学系统时能量的损失主要有:_两透明介质面上的反射损失_,_介质吸收的损失_和_反射面的光能损失_.5激光束聚焦要求用焦距较_短_的透镜,准直要用焦距较_长_的透镜。四四计算题计算题:(共(共 6060 分)分)x1一透镜焦距f 30mm,如在其前边放置一个 6的开普勒望远镜,求组合后系统的像方基点位置和焦距,并画出光路图。(10 分)foh f 1 6feh2f3解:,求得:f 180(mm)lH f3(f)30 180 210(mm)lF30(mm)答
9、:组合后的焦距是-180mm。基点位置如图所示。其光路图如下所示:物镜h1F1(F2)目镜fo-feF3(F)-h2f3=30lH-fH2已知,r2 20mm的双凸透镜,置于空气中.物 A 位于第一球面前50mm处,第二面镀反射膜。该物镜所成实像 B 位于第一球面前5mm,如图所示。若按薄透镜处理,求该透镜的折射率n。(20 分)解:ABBdl2l1A-l=50-l3-l2=-l3设:透镜的折射率为nnnnnrl 50mmllr得1物点 A 经折射成像在 A处,将已知条件代入公式n1n 120-l1 50112rl l d l 2112llr,A经反射后,成像于B点。故将,代入反射面公式111
10、 10-得:l2l1B点再经r1折射成像在 B 点。根据光路的可逆性,将B 视为物,B点视为像,有l3(d 5)5,代入折射公式,得:11n 1l 2025由式解得:n 1.6答:透镜的折射率为 1。6。3已知物镜焦距为500mm,相对孔径10,对无穷远物体成像时,由物镜第一面到像平面的距离为1400mm,物镜最后一面到像平面的距离为300mm。(1)按薄透镜处理,求物镜的结构参数;(8 分)(2)若用该物镜构成开普勒望远镜,出瞳大小为2mm,求望远镜的视觉放大率;(4 分)(3)求目镜的焦距、放大率;(4 分)(4)如果物镜的第一面为孔径光阑,求出瞳距;(6 分)(5)望远镜的分辨率;(2
11、分)(6)如果视度调节为5 折光度,目镜应能移动的距离。(2 分)(7)画出光路图。(4 分)解:根据题意,画出物镜的结构图如下:h1Hdh2u1F1u2F300400f=500h1f tgu2hf11tgu1h h dtgu 112htgu 21300,得:f1 250(mm)(1)将f 500mm和d 100mm代入公式将 d f1 f2代入牛顿公式f f1 f2,得:f2 300(mm)D11D 50050(mm)f 1010(2)因,则:D50 25xD2fo500 25xfe 20(mm)fe25,(3)e25025012.5xfe20孔径光阑物镜目镜(4)望远镜系统的结构如下图所示:h1Hd400f=500h2300u1F1u2F-fe=20将l1 100mm和f2 200mm代入公式111llf,得:l1 66.67mm111llf 将l2(66.67 320)386.67mm和fe 20mm代入公式得出瞳距:lz 21.09(mm),(5)140140 2.8D505fe25202x 2(mm)10001000(6)(7)望远系统光路图如下:孔径光阑物镜目镜出瞳Fo(Fe)Hdfo=500-fe=20lz
限制150内